Когда высокоэнергетическое излучение взаимодействует с водой в живых организмах, оно генерирует частицы и медленно движущиеся электроны, которые впоследствии могут повредить критически важные молекулы, такие как ДНК.
Профессор Петр Славичек и его студент-бакалавр Якуб Дубский из Пражского университета химии и технологии (UCT Prague) подробно описали один из ключевых механизмов создания этих медленных электронов в воде. Этот процесс известен как межмолекулярный кулоновский распад (ICD). Их мощная математическая модель успешно объясняет все данные, полученные в ходе сложных лазерных экспериментов, проведённых в Цюрихском техническом университете (команда Ханса-Якоба Вёрнера).
Основные моменты исследования
- Механизм ICD: работа углубляет фундаментальное понимание радиационной химии, объясняя, как высокоэнергетическое излучение создаёт медленные электроны в воде.
- Математическая модель: модель, разработанная учёными, предсказывает все данные, которые можно измерить в ходе экспериментов. Это позволяет объяснить процессы, происходящие в растворе после воздействия высокоэнергетического излучения, даже в тех областях, где приборы ещё не могут «увидеть».
- Изотопная зависимость: исследования показали, что ICD более эффективен в тяжёлой воде (D₂O) по сравнению с обычной водой (H₂O). Это подтверждает, что более медленное движение ядер дейтерия даёт процессу электронного распада больше времени для протекания.
Публикация и перспективы
Работа опубликована в журнале Nature Communications. Детальное знание процессов в водных растворах в сочетании с достижениями в области исследований с использованием высокоэнергетического излучения преобразует область радиационной химии. В будущем эти идеи могут привести к значительным изменениям в различных областях, включая медицину, особенно в разработке более чувствительных и контролируемых применений устройств, основанных на ионизирующем излучении.
Исследование демонстрирует, как после того, как электрон внутренней валентности выбрасывается из молекулы воды под воздействием излучения, процесс ICD не является на 100% эффективным. Он конкурирует с другими явлениями, такими как сверхбыстрый перенос протона между соседними молекулами воды и неадиабатическая релаксация.
Автор опубликованной стохастической модели — Якуб Дубский, который недавно завершил обучение на бакалавриате в UCT Prague и готовится продолжить обучение в магистратуре в Оксфордском университете.